Bilden från https://engineering.virginia.edu visar en 6 kW Hall-propeller i drift vid NASA Jet Propulsion Laboratory. (Med tillstånd av NASA-JPL/CalTech)
Målet är snabbare, längre och mer effektiv framdrivning av rymdfarkoster. Det är vad ingenjörer som Chen Cui arbetar med vilken är ny som biträdande professor vid University of Virginia School of Engineering and Applied Science. Cui arbetar med att undersöka olika sätt att förbättra elektriska drivpropellrar en nyckelteknik vid framtida rymduppdrag. "För att säkerställa att tekniken förblir livskraftig till långsiktiga uppdrag måste vi optimera EP-integrationen (elektrisk plasma framdrivning kan det förklaras som) med rymdfarkostsystem", påtalar Cui.
I samarbete med sin tidigare rådgivare, professor
Joseph Wang vid University of Southern California, publicerade Cui under december 2024 resultat i Plasma Sources Science and Technology (se nedan) här visar Cui nya insikter om elektronkinetiskt beteende i
plasmastrålar och vad som kanske ska ske inom framdrivning av farkoster i en snar framtid. Cui
började på institutionen för maskin- och flygteknik hösten 2024 och fokuserar sin
forskning på att förstå hur elektroner små, snabbrörliga laddade partiklar
beter sig i plasmastrålar som sänds ut av EP-propellrar.
"Dessa partiklar är små, men deras
rörelse och energi spelar en viktig roll för att bestämma den makroskopiska
dynamiken hos plymen som sänds ut från den elektriska framdrivningspropellern",
beskriver han.
Genom att studera dessa interaktioner vill Cui
bättre förstå hur plymen av plasma som sänds ut interagerar med själva
rymdfarkosten. Elektrisk framdrivning fungerar genom att jonisera en neutral
gas vanligtvis xenon och sedan använda elektriska fält för att accelerera jonerna som bildas. Jonerna, som bildas i en plasmastråle med hög
hastighet, driver rymdfarkosten framåt.
Jämfört med kemiskt framdrivna raketer är EP-system
mycket mer bränsleeffektiva vilket gör det möjligt för rymdfarkoster att resa
längre med mindre bränsle. Dessa system drivs ofta av solpaneler eller små
kärnreaktorer vilket gör dem idealiska för långa uppdrag i rymden till exempel
NASA:s Artemis-program, som syftar till att återföra människor till månen och
så småningom skicka astronauter till Mars mm.
Plymen som avges av propellrarna är dock inte bara
avgaser det är livlinan i hela framdrivningssystemet. Om plymen inte konstrueras väl
kan den orsaka oväntade problem. Vissa partiklar kan flöda bakåt mot
rymdfarkosten vilket kan skada viktiga komponenter på farkosten såsom
solpaneler eller kommunikationsantenner.
